(57)【要約】【課題】リア空燃比センサの応答性が劣化している場合でも触媒の劣化の有無の判定を高い精度で行う。【解決手段】エンジン制御装置２０は、リア空燃比センサ１１の応答時間を計測するセンサ応答時間計測部２４と、センサ応答時間計測部２４による応答時間の計測時の平均吸入空気量を算出する吸入空気量算出部２５と、センサ応答時間計測部２４が計測した応答時間と吸入空気量算出部２５が検出した平均吸入空気量とを対応づけて記憶する記憶部２８と、記憶部２８に記憶された複数の応答時間であって対応付けられている平均吸入空気量が同一の応答時間のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出部２７と、ばらつき度合い算出部２７が算出した応答時間のばらつき度合いの大小を予め設定されたしきい値と比較することで判定し応答時間のばらつき度合いが小の場合に触媒が劣化していると判定する第２劣化判定部２３と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に設けた触媒の劣化の有無の判定を前記排気管の前記触媒に対して上流側に設けた上流側排気ガス検出部と下流側に設けた下流側排気ガス検出部とを用いて行う触媒劣化判定装置であって、
前記下流側排気ガス検出部の出力値が燃料カット開始時から予め設定された応答時間計測用しきい値に達するまでの応答時間を計測する応答時間計測部と、
前記応答時間計測部による応答時間の計測時の車両状態を検出する車両状態検出部と、
前記応答時間計測部が計測した応答時間と前記車両状態検出部が検出した車両状態とを対応づけて記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された複数の応答時間であって対応付けられている前記車両状態が同一の応答時間のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出部と、
前記ばらつき度合い算出部が算出した応答時間のばらつき度合いの大小を予め設定されたばらつき度合い判定用しきい値と比較することで判定し前記応答時間のばらつき度合いが小の場合に前記触媒が劣化していると判定するばらつき度合い用劣化判定部と、
を有することを特徴とする触媒劣化判定装置。
【請求項２】
前記上流側排気ガス検出部の出力値と前記下流側排気ガス検出部の出力値との相関を基に前記触媒の劣化の有無を判定する相関用劣化判定部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項３】
前記ばらつき度合い用劣化判定部は、前記相関用劣化判定部が前記触媒が劣化していないと判定した場合において前記ばらつき度合い算出部が算出した応答時間のばらつき度合いの大小を予め設定されたばらつき度合い判定用しきい値と比較して判定し前記応答時間のばらつき度合いが小のときに前記触媒が劣化していると判定することを特徴とする請求項２に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項４】
前記車両状態検出部は、前記車両状態として前記応答時間計測部による応答時間の計測期間内の前記内燃機関への吸入空気量を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項５】
前記車両状態検出部は、前記車両状態として前記燃料カット開始時の前記内燃機関への吸入空気量を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の触媒劣化判定装置。
【請求項６】
前記車両状態検出部は、前記車両状態として前記燃料カット開始時の前記内燃機関の回転数を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の触媒劣化判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管に配置された触媒の劣化を判定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）における触媒診断は、排気管において触媒の上流側に配置したフロント空燃比センサの出力信号と下流側に配置したリア空燃比センサの出力信号との相関（例えば出力比）を基に触媒の劣化を判定している（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
このような従来の技術としては、フロント空燃比センサの出力信号とリア空燃比センサの出力信号との相関を基に触媒劣化診断値を算出し、算出した触媒劣化診断値を基に触媒の劣化の判定を行う技術がある。よって、触媒劣化診断値の算出において、リア空燃比センサの出力値は重要な要素となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１７７４６９号公報
【特許文献２】特開２０００−３２８９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、経年劣化等によってリア空燃比センサが劣化すると、リア空燃比センサの出力に応答遅れが生じる場合がある。
【０００６】
しかし、リア空燃比センサの出力の応答遅れが大きくなると、触媒が劣化しているのにもかかわらず、触媒劣化診断値が触媒が正常である値を示すために正確な診断ができないことがある。
そこで、本発明の目的は、リア空燃比センサの応答性が劣化している場合でも触媒の劣化の有無の判定を高い精度で行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、（１）本発明の一態様では、内燃機関の排気管に設けた触媒の劣化の有無の判定を前記排気管の前記触媒に対して上流側に設けた上流側排気ガス検出部と下流側に設けた下流側排気ガス検出部とを用いて行う触媒劣化判定装置であって、前記下流側排気ガス検出部の出力値が燃料カット開始時から予め設定された応答時間計測用しきい値に達するまでの応答時間を計測する応答時間計測部と、前記応答時間計測部による応答時間の計測時の車両状態を検出する車両状態検出部と、前記応答時間計測部が計測した応答時間と前記車両状態検出部が検出した車両状態とを対応づけて記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された複数の応答時間であって対応付けられている前記車両状態が同一の応答時間のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出部と、前記ばらつき度合い算出部が算出した応答時間のばらつき度合いの大小を予め設定されたばらつき度合い判定用しきい値と比較することで判定し前記応答時間のばらつき度合いが小の場合に前記触媒が劣化していると判定するばらつき度合い用劣化判定部と、を有することを特徴とする触媒劣化判定装置を提供できる。
【０００８】
ここで、応答時間のばらつき度合いは、触媒が劣化していると小さくなる傾向を示す。また、応答時間のばらつき度合いは、下流側排気ガス検出部の応答性が劣化するほど小さくなる傾向を示す。
【０００９】
（２）本発明の一態様では、前記上流側排気ガス検出部の出力値と前記下流側排気ガス検出部の出力値との相関を基に前記触媒の劣化の有無を判定する相関用劣化判定部をさらに有することができる。
【００１０】
（３）本発明の一態様では、前記ばらつき度合い用劣化判定部は、前記相関用劣化判定部が前記触媒が劣化していないと判定した場合において前記ばらつき度合い算出部が算出した応答時間のばらつき度合いの大小を予め設定されたばらつき度合い判定用しきい値と比較して判定し前記応答時間のばらつき度合いが小のときに前記触媒が劣化していると判定することができる。
【００１１】
（４）本発明の一態様では、前記車両状態検出部は、前記車両状態として前記応答時間計測部による応答時間の計測期間内の前記内燃機関への吸入空気量を検出することができる。
【００１２】
（５）本発明の一態様では、前記車両状態検出部は、前記車両状態として前記燃料カット開始時の前記内燃機関への吸入空気量を検出することができる。
【００１３】
（６）本発明の一態様では、前記車両状態検出部は、前記車両状態として前記燃料カット開始時の前記内燃機関の回転数を検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
（１）の態様の発明によれば、下流側排気ガス検出部の応答性が劣化している場合でも触媒の劣化の有無の判定を高い精度で行うことができる。
【００１５】
また、（１）の態様の発明によれば、複数の応答時間を得るために比較的長い運転時間にわたって応答時間をサンプリングすることになるため、ばらつき度合い算出部が高い精度で応答時間のばらつき度合いを算出できる。これにより、（１）の態様の発明では、触媒の劣化の有無の判定をより高い精度で行うことができる。
【００１６】
（２）の態様の発明によれば、ばらつき度合い算出部に加えて相関用劣化判定部をも触媒の劣化の判定に用いることで触媒の劣化の有無の判定をより高い精度で行うことができる。
【００１７】
（３）の態様の発明によれば、先ず相関用劣化判定部による判定を行い、その後にばらつき度合い用劣化判定部による判定を行うことができる。これにより、（３）の態様の発明では、相関用劣化判定部がばらつき度合い用劣化判定部のように複数の値を必要とせず触媒の劣化の有無の判定を行うことができるため、先ず相関用劣化判定部によって早期に触媒の劣化の有無の判定を行うことができる。
【００１８】
（４）の態様の発明によれば、内燃機関への吸入空気量をパラメータとした応答時間のばらつき度合いを簡単に算出できる。
【００１９】
（５）の態様の発明によれば、燃料カット時の内燃機関への吸入空気量をパラメータとした応答時間のばらつき度合いを簡単に算出できる。
【００２０】
（６）の態様の発明によれば、燃料カット時の内燃機関の回転数をパラメータとした応答時間のばらつき度合いを簡単に算出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の車両の構成例を示す図である。
【図２】第１触媒が正常の場合の、フロント空燃比センサの出力電圧（図２（ａ））及びリア空燃比センサの出力電圧（図２（ｂ））の一例を示す図である。
【図３】第１触媒が劣化している場合の、フロント空燃比センサの出力電圧（図３（ａ））及びリア空燃比センサの出力電圧（図３（ｂ））の一例を示す図である。
【図４】エンジン制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】第１劣化判定部の判定結果と第１触媒の実際の劣化状態との関係を示す図である。
【図６】リア空燃比センサの応答時間と第１触媒の劣化状態との関係を示す図である。
【図７】リア空燃比センサの応答時間と第１触媒の劣化状態との他の関係を示す図である。
【図８】リア空燃比センサの応答時間の出力電圧の経時変化について、正常なリア空燃比センサの応答時間と異常なリア空燃比センサの応答時間とを示す図である。
【図９】劣化判定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】劣化判定処理の他の一例を示すフローチャートである。
【図１１】劣化判定処理の他の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本実施形態は、触媒劣化判定装置（触媒劣化診断装置とも言う。）を搭載した車両である。
【００２３】
（構成）
図１は、本実施形態の車両１の構成例を示す図である。
図１に示すように、車両１は、エンジン２と、エンジン２を制御するエンジン制御装置２０とを有している。
【００２４】
エンジン２は、吸気口に吸気管３が連結され排気口に排気管４が連結されている。吸気管３には、上流側から順番に、エアクリーナ５、エアフロセンサ（すなわち空気流量計）６、スロットル７、及びインジェクタ８がそれぞれ取り付けられている。また、排気管４には、上流側から順番に、フロント空燃比センサ９、第１触媒（具体的にはフロント触媒）１０、リア空燃比センサ１１、及び第２触媒（具体的にはリア触媒）１２がそれぞれ取り付けられている。すなわち、排気管４において、第１触媒１０を挟むように、フロント空燃比センサ９及びリア空燃比センサ１１が配置されている。
【００２５】
エンジン制御装置２０は、エンジン２等の各種制御を行う。
エンジン制御装置２０は、例えば、マイクロコンピュータ及びその周辺回路を備えるＥＣＵにおいて構成されている。そのために、例えば、エンジン制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。ＲＯＭには、各種処理を実現する１又は２以上のプログラムが格納されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されている１又は２以上のプログラムに従って各種処理を実行する。
【００２６】
このエンジン制御装置２０には、エアフロセンサ６、インジェクタ８、フロント空燃比センサ９、リア空燃比センサ１１、及び内燃機関２の点火コイル１３がそれぞれ接続されている。これにより、エンジン制御装置２０は、点火コイル１３の点火タイミングを制御する。また、エンジン制御装置２０は、インジェクタ８によって燃料噴射タイミングや燃料噴射量を制御する。そして、エンジン制御装置２０は、エアフロセンサ６等の各種センサからの検出値を基に各種制御を行う。
そして、本実施形態では、エンジン制御装置２０は、第１触媒１０の劣化を判定する処理を行う。
【００２７】
次に、本実施形態における触媒の劣化判定の原理を図２及び図３を用いて説明する。
ここで、図２には、第１触媒１０が正常である場合の、フロント空燃比センサ９の検出値となる出力電圧（図２（ａ））及びリア空燃比センサ１１の検出値となる出力電圧（図２（ｂ））の一例を示す。また、図３には、第１触媒１０が劣化している場合（又は異常の場合）の、フロント空燃比センサ９の出力電圧（図３（ａ））及びリア空燃比センサ１１の出力電圧（図３（ｂ））の一例を示す。
【００２８】
第１触媒１０が正常である場合には、図２（ａ）に示すように、フロント空燃比センサ９の出力電圧は、空燃比がリッチ及びリーンで交互に変化することに対応して変化する。一方、図２（ｂ）に示すように、リア空燃比センサ１１の出力電圧は、フロント空燃比センサ９の出力電圧の変化に対して反転周期が長くなる。また、リア空燃比センサ１１の出力電圧の振幅は、フロント空燃比センサ９の出力電圧の振幅よりも小さくなる。
【００２９】
一方、第１触媒１０が劣化している場合には、図３（ａ）に示すように、図２（ａ）と同様に、フロント空燃比センサ９の出力電圧は、空燃比がリッチ及びリーンで交互に変化することに対応して変化する。一方、図３（ｂ）に示すように、リア空燃比センサ１１の出力電圧は、第１触媒１０が正常である場合（すなわち図２（ｂ）の場合）と比較して反転周期が短くなる。また、リア空燃比センサ１１の出力電圧の振幅は、第１触媒１０が正常のときよりも大きくなる。
【００３０】
このように、第１触媒１０が劣化している場合のリア空燃比センサ１１の出力電圧の反転周期が第１触媒１０が正常である場合よりも短くなるのは、Ｏ２ストレージ能力（ＯＳＣ）が低下した劣化触媒が、触媒としての能力がなくなっていることで触媒後方に短時間でガスを流してしまうためである。これに対して、第１触媒１０が正常である場合、触媒中に十分な酸素が蓄えられかつ大量の酸素消費が行われ、触媒がＯ２に反応する時間を要するため、リア空燃比センサ１１の出力電圧の反転周期が長くなる。
【００３１】
このようなことから、本実施形態では、正常触媒と劣化触媒とにＯＳＣに差があることを利用し、フロント空燃比センサ９の出力信号とリア空燃比センサ１１の出力信号との相関から第１触媒１０の劣化の有無を判定している。例えば、本実施形態では、そのような相関を示す値として、下記（１）式によって触媒劣化診断値Ａを算出し、算出した触媒劣化診断値Ａによって第１触媒１０の劣化の有無を判定している。
【００３２】
触媒劣化診断値Ａ＝（リア空燃比センサ１１の出力信号（例えば出力電圧）の積算値）／（フロント空燃比センサ９の出力信号（例えば出力電圧）の積算値）  ・・・（１）
ここで、フロント空燃比センサ９の出力信号の積算値やリア空燃比センサ１１の出力信号の積算値は、それらの空燃比センサの出力信号の動きを積算したものである。具体的には、ここでいう積算値は、一定のサンプリング周期でモニタリングした出力信号の今回のサンプル出力信号と前回のサンプル出力信号との差分（すなわち信号の動き）を積分した値である。
【００３３】
（１）式の場合、算出される触媒劣化診断値Ａは、触媒が正常であることで各空燃比センサ９，１１が図２のような出力をする場合、触媒が劣化していることで各空燃比センサ９，１１が図３のような出力をする場合と比較して小さい値となる。
本実施形態では、以上のような原理によって第１触媒１０の劣化判定を行う。
【００３４】
図４は、そのような劣化判定を実現するエンジン制御装置２０の構成例を示すブロック図である。
図４に示すように、エンジン制御装置２０は、触媒劣化診断値算出部２１、第１劣化判定部２２、第２劣化判定部２３、センサ応答時間計測部２４、吸入空気量算出部２５、記憶処理部２６、ばらつき度合い算出部２７、及び記憶部２８を有している。
触媒劣化診断値算出部２１は、前記（１）式によって触媒劣化診断値Ａを算出する。
【００３５】
第１劣化判定部２２は、触媒劣化診断値算出部２１が算出した触媒劣化診断値Ａを基に第１触媒１０の劣化の有無を判定する。具体的には、第１劣化判定部２２は、触媒劣化診断値Ａが触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈ以上である場合（Ａ≧Ａｔｈ）、第１触媒１０が劣化している（又は異常である）と判定する。また、第１劣化判定部２２は、触媒劣化診断値Ａが触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈ未満である場合（Ａ＜Ａｔｈ）、第１触媒１０が正常であると判定する。ここで、例えば、触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈは、実験的、経験的、又は理論的に予め設定された値である。
【００３６】
ところで、リア空燃比センサ１１の応答性が劣化してしまうと第１触媒１０の劣化の有無を判定する精度が低下してしまう場合がある。具体的には、リア空燃比センサ１１の応答性が劣化してしまうと、第１劣化判定部２２が、実際には劣化している第１触媒１０を正常であると誤判定してしまう場合がある。
【００３７】
図５には、第１劣化判定部２２の判定結果と第１触媒１０の実際の劣化状態との関係を示す。ここで、図５に示す曲線αは、第１触媒１０の実際の劣化状態を示す値である。具体的には、図５において、曲線αの上の領域は、第１触媒１０の劣化領域となり、曲線αの下の領域は、第１触媒１０の正常領域となる。
【００３８】
この図５に示すように、リア空燃比センサ１１の応答性の劣化が進行すると、第１触媒１０が実際には劣化しているのにもかかわらず第１劣化判定部２２が触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈを用いた判定で正常と判定してしまう（Ａ＜Ａｔｈ）ような領域Ａ及びＢが出てくる。
【００３９】
このような場合、第１劣化判定部２２による判定だけでは、第１触媒１０の劣化を高い精度で判定することができない。特に、リア空燃比センサ１１の応答性が警告灯（リア空燃比センサ１１の異常を示す警告灯）の点灯に至るまで劣化していないような場合（領域Ａの場合）には、第１触媒１０の異常も検出できなく、リア空燃比センサ１１の異常も検出できないことになる。
【００４０】
これに対して、本実施形態では、第２劣化判定部２３によって、このように第１劣化判定部２２が正常と誤判定してしまう領域Ａ及びＢについて、劣化しているとの正しい判定を行うことを可能にしている。具体的には、第２劣化判定部２３は、リア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いを基に第１触媒１０の劣化を判定している。
【００４１】
ここで、図６及び図７には、リア空燃比センサ１１の応答時間と第１触媒１０の劣化状態との関係を示す。この図６及び図７では、燃料カット時平均空気流量をパラメータとしてそれら関係を示している。また、図６には、第１触媒１０が劣化し（すなわち劣化触媒の場合であり）、リア空燃比センサ１１が正常である場合（結果（１）として示す場合）と、第１触媒１０が正常であり（すなわち正常触媒の場合であり）、リア空燃比センサ１１が正常である場合（結果（２）として示す場合）とについて示す。さらに、図７には、第１触媒１０が劣化し、リア空燃比センサ１１が正常である場合（図６にも示す結果（１）と同じ場合）と、第１触媒１０が劣化し、リア空燃比センサ１１が異常である場合（結果（３）として示す場合）とについて示す。
【００４２】
ここで、先ず、図８を用いてリア空燃比センサ１１の応答時間及び燃料カット時平均吸入空気量を説明しておく。この図８には、リア空燃比センサ１１の応答時間の出力電圧の経時変化について、正常なリア空燃比センサ１１の場合と異常なリア空燃比センサ１１の場合とを示す。
【００４３】
図８に示すように、リア空燃比センサ１１の応答時間は、燃料カット開始時を起点としてリア空燃比センサ１１の出力電圧が応答時間判定用しきい値Ｖｔｈに立ち下がるまでの時間となる。ここで、応答時間判定用しきい値Ｖｔｈは、実験的、経験的、又は理論的に予め設定された値である。この図８に示すように、リア空燃比センサ１１の応答時間は、異常になると長くなる。
【００４４】
また、燃料カット時の平均空気流量は、応答時間内の空気流量の平均値である。具体的には、燃料カット開始時からリア空燃比センサ１１の出力電圧が応答時間判定用しきい値Ｖｔｈに立ち下がるまでの期間内の吸入空気量を積算し、積算した吸入空気量と応答時間とを基に平均空気流量（例えば、積算した吸入空気量／応答時間）が算出される。
【００４５】
図６及び図７に示すリア空燃比センサ１１の応答時間及び燃料カット時平均吸入空気量はこのように定義されており、これら図６及び図７に示すように、いずれの場合も、燃料カット時平均吸入空気量が少なくなるほど、その吸入空気量の少なさから、リア空燃比センサ１１の応答時間が長くなる。
【００４６】
また、図６及び図７に示すように、第１触媒１０が劣化している場合（すなわち、結果（１）及び結果（３））、リア空燃比センサ１１の異常（又は応答性の劣化）の有無にかかわらず、リア空燃比センサ１１の応答時間は、ばらつき度合いが小さく燃料カット時平均吸入空気量と高い相関を持つ。これに対して、図６に示すように、第１触媒１０が正常である場合（すなわち、結果（２））、リア空燃比センサ１１の応答時間は、ばらつき度合いが大きく燃料カット時平均吸入空気量との相関が低い。
【００４７】
このように、第１触媒１０が正常である場合にリア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いが大きくなるのは、正常な触媒でＯＣＳ量が多く、燃料カット前のＯＣＳ量の状態によって燃料カット中のリア空燃比センサ１１付近の排気ガスがリーン状態になるまでの時間が異なるためである。
【００４８】
一方、図６及び図７に示す結果をリア空燃比センサ１１の応答性の観点でみると、リア空燃比センサ１１の応答性が正常である場合にその応答時間のばらつき度合いが大きくなっている。これは、リア空燃比センサ１１の感度が良いために適切な値を出力する等の理由からである。
これらを総合すると、リア空燃比センサ１１の応答性の異常の有無にかかわらず劣化触媒ではリア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いが小さくなると言える。
【００４９】
このようなことから、本実施形態では、リア空燃比センサ１１の応答性の異常の有無にかかわらず劣化触媒ではリア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いが小さいことを利用して、第２劣化判定部２３によって第１触媒１０の劣化の有無を判定する。具体的には、第２劣化判定部２３は、リア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いを基に第１触媒１０の劣化の有無を判定する。図４に示すように、エンジン制御装置２０は、そのような第２劣化判定部２３の判定処理を実現するために、センサ応答時間計測部２４、吸入空気量算出部２５、記憶処理部２６、ばらつき度合い算出部２７、及び記憶部２８を有している。
【００５０】
ここで、センサ応答時間計測部２４は、リア空燃比センサ１１の応答時間を計測する。また、記憶部２８には、センサ応答時間計測部２４が計測したリア空燃比センサ１１の応答時間が記憶される。また、吸入空気量算出部２５は、エアフロセンサ６の検出値を基に吸入空気量（具体的には平均吸入空気量）を算出する。また、ばらつき度合い算出部２７は、記憶部２８に記憶されたリア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いを算出する。このとき、ばらつき度合い算出部２７は、吸入空気量算出部２５が算出した吸入空気量をパラメータとしてリア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いを算出する。
【００５１】
次に、図４に示す構成によってエンジン制御装置２０が行う第１触媒１０の劣化判定処理を説明する。
図９は、その劣化判定処理の一例を示すフローチャートである。
図９に示すように、先ず、ステップＳ１において、第１劣化判定部２２は、前記（１）式等によって触媒劣化診断値Ａを算出する。
【００５２】
次に、ステップＳ２において、第１劣化判定部２２は、前記ステップＳ１で算出した触媒劣化診断値Ａが触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈ以上であるか否かを判定する。第１劣化判定部２２は、触媒劣化診断値Ａが触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈ以上であると判定すると（Ａ≧Ａｔｈ）、ステップＳ１４に進む。また、第１劣化判定部２２は、触媒劣化診断値Ａが触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈ未満であると判定すると（Ａ＜Ａｔｈ）、ステップＳ３に進む。
【００５３】
ステップＳ１４では、第１劣化判定部２２は、第１触媒１０が劣化していると決定する。そして、第１劣化判定部２２は、当該図９に示す処理を終了する。
ステップＳ３では、第１劣化判定部２２は、第１触媒１０を正常と仮に決定する。
【００５４】
次に、ステップＳ４では、センサ応答時間計測部２４は、リア空燃比センサ１１の応答時間を算出するための実行条件が成立したか否かを判定する。すなわち、センサ応答時間計測部２４は、燃料カットを行える条件が成立したか否かを判定する。センサ応答時間計測部２４は、実行条件が成立したと判定すると、ステップＳ５に進む。また、センサ応答時間計測部２４は、実行条件が成立していないと判定すると、前記ステップＳ３から再び処理を行う。
【００５５】
ステップＳ５では、センサ応答時間計測部２４は、燃料カットを実行して、燃料カット中のリア空燃比センサ１１の応答時間を計測する。具体的には、センサ応答時間計測部２４は、燃料カット開始時を起点としてリア空燃比センサ１１の出力電圧が応答時間判定用しきい値Ｖｔｈに立ち下がるまでの時間を計測する（図８参照）。
【００５６】
ステップＳ６では、吸入空気量算出部２５は、リア空燃比センサ１１の応答時間内の平均吸入空気量を算出する。具体的には、吸入空気量算出部２５は、リア空燃比センサ１１の応答時間の計測期間内、すなわち燃料カット開始時からリア空燃比センサ１１の出力電圧が応答時間判定用しきい値Ｖｔｈに立ち下がるまでの期間内にエアフロセンサ６によって検出した吸入空気量を積算する（図８参照）。そして、吸入空気量算出部２５は、積算した吸入空気量と応答時間とを基に平均吸入空気量（例えば、積算した吸入空気量／応答時間）を算出する。
【００５７】
次に、ステップＳ７では、記憶処理部２６は、前記ステップＳ５で計測した応答時間を記憶部２８に記憶する。このとき、記憶処理部２６は、前記ステップＳ６で算出した平均吸入空気量を対応付けて記憶する。
次に、ステップＳ８では、記憶処理部２６は、記憶部２８への応答時間の記憶数を計数するカウント値ＣＮＴ［ｉ］を下記（２）式を用いて算出する。
ＣＮＴ［ｉ］＝ＣＮＴ［ｉ−１］＋１  ・・・（２）
ここで、ｉは、処理のサンプリング毎に１ずつ増える値である。
【００５８】
次に、ステップＳ９では、記憶処理部２６は、前記ステップＳ８で算出したカウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ以上であるか否かを判定する。ここで、カウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈは、実験的、経験的、又は理論的に予め設定された値である。記憶処理部２６は、カウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ以上であると判定すると（ＣＮＴ［ｉ］≧ＣＮＴｔｈ）、ステップＳ１０に進む。また、記憶処理部２６は、カウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ未満であると判定すると（ＣＮＴ［ｉ］＜ＣＮＴｔｈ）、前記ステップＳ３から再び処理を行う。
【００５９】
ステップＳ１０では、ばらつき度合い算出部２７は、任意の平均吸入空気量に対するリア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いを算出する。すなわち、ばらつき度合い算出部２７は、記憶部２８に記憶された複数の応答時間であって対応付けられている平均吸入空気量が同一となる応答時間のばらつき度合いを算出する。ここで、値のばらつき度合いを算出する手法は、種々あるが、例えば、ばらつき度合い算出部２７は、標準偏差によって応答時間のばらつき度合いを算出する。
【００６０】
次に、ステップＳ１１では、第２劣化判定部２３は、前記ステップＳ１０で算出した応答時間のばらつき度合いが小さいか否かを判定する。例えば、第２劣化判定部２３は、前記ステップＳ１１で算出された応答時間のばらつき度合いとばらつき度合い判定用しきい値とを比較し、その比較結果を基に応答時間のばらつき度合いが小さいか否かを判定する。ここで、ばらつき度合い判定用しきい値は、実験的、経験的、又は理論的に予め設定された値である。第２劣化判定部２３は、応答時間のばらつき度合いが小さいと判定すると、ステップＳ１２に進む。また、第２劣化判定部２３は、応答時間のばらつき度合いが大きいと判定すると、ステップＳ１３に進む。
【００６１】
ステップＳ１２では、第２劣化判定部２３は、第１触媒１０が劣化していると決定する。そして、第２劣化判定部２３は、当該図９に示す処理を終了する。
ステップＳ１３では、第２劣化判定部２３は、第１触媒１０が正常であると決定する。そして、第２劣化判定部２３は、当該図９に示す処理を終了する。
【００６２】
（動作、作用等）
次に、エンジン制御装置２０の触媒劣化診断時の動作例、その作用等を説明する。
エンジン制御装置２０は、触媒劣化診断値Ａを算出し、算出した触媒劣化診断値Ａが触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈ以上である場合、第１触媒１０が劣化していると決定する（前記ステップＳ１、前記ステップＳ２、前記ステップＳ１４）。また、エンジン制御装置２０は、算出した触媒劣化診断値Ａが触媒劣化判定用しきい値Ａｔｈ未満である場合、第１触媒１０が正常であるとの仮決定を行う（前記ステップＳ１乃至前記ステップＳ３）。
【００６３】
エンジン制御装置２０は、第１触媒１０が正常であるとの仮決定を行うと、リア空燃比センサ１１の応答時間を算出するための実行条件が成立したときに、リア空燃比センサ１１の応答時間を計測し、さらにこのときの平均吸入空気量を算出する（前記ステップＳ４乃至前記ステップＳ６）。そして、エンジン制御装置２０は、応答時間と平均吸入空気量とを対応付けて記憶部２８に記憶する（前記ステップＳ７）。それから、エンジン制御装置２０は、カウント値ＣＮＴ［ｉ］を算出（具体的にはカウント値ＣＮＴ［ｉ］をインクリメント）する（前記ステップＳ８）。そして、エンジン制御装置２０は、カウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ以上になるまで、リア空燃比センサ１１の応答時間を計測するとともに平均吸入空気量を算出し、応答時間と平均吸入空気量とを対応付けて記憶部２８に記憶していく（前記ステップＳ９）。
【００６４】
そして、エンジン制御装置２０は、カウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ以上になったとき、記憶部２８に記憶されている複数の応答時間を用いて、その応答時間のばらつき度合いを算出する（前記ステップＳ１０）。これにより、エンジン制御装置２０は、応答時間のばらつき度合いが小さい場合、第１触媒１０が劣化していると決定する。また、エンジン制御装置２０は、応答時間のばらつき度合いが大きい場合、第１触媒１０が正常であると決定する。
【００６５】
このような触媒劣化診断によって、エンジン制御装置２０は、図５に示す領域Ａや領域Ｂ、又は図７に示す結果（３）を、前記ステップＳ１２によって第１触媒１０が劣化しているものとして判定できる。また、エンジン制御装置２０は、図６に示す結果（２）を、前記ステップＳ１３によって第１触媒１０が正常であるものとして判定できる。
【００６６】
また、前述の実施形態では、フロント空燃比センサ９は、例えば、上流側排気ガス検出部を構成する。また、リア空燃比センサ１１は、例えば、下流側排気ガス検出部を構成する。また、第１劣化判定部２２は、例えば、ばらつき度合い用劣化判定部を構成する。また、第２劣化判定部２３は、例えば、相関用劣化判定部を構成する。また、センサ応答時間計測部２４は、例えば、応答時間計測部を構成する。また、第１劣化判定部２２、第２劣化判定部２３、センサ応答時間計測部２４、吸入空気量算出部２５、ばらつき度合い算出部２７、及び記憶部２８は、例えば、触媒劣化判定装置を構成する。
【００６７】
（本実施形態の変形例）
本実施形態では、フロント空燃比センサ９の出力信号とリア空燃比センサ１１の出力信号との相関を示す値を前記（１）式によって算出することを具体的に説明した。しかし、フロント空燃比センサ９の出力信号とリア空燃比センサ１１の出力信号との相関を示す値は、この式によって算出されることに限定されるものではない。
【００６８】
また、本実施形態では、応答時間のばらつき度合いを算出する際の車両状態として平均吸入空気量を用いているが、これに限定されないことは言うまでもない。例えば、本実施形態では、燃料カット開始時の空気流量や燃料カット時のエンジン回転数を車両状態とすることもできる。
【００６９】
また、本実施形態では、平均吸入空気量の他にエンジン回転数及びエンジン負荷条件も応答時間に対応付けることができる。これにより、本実施形態では、同一車両状態（又は同一運転状態とも言う。）の応答時間のばらつき度合いを、より高い精度で算出することができる。
また、本実施形態では、リア空燃比センサ１１の応答時間そのものを用いて第１触媒１０の劣化判定を行うこともできる。
【００７０】
図１０は、その処理例を示すフローチャートである。
図１０に示すように、前記ステップＳ９の後のステップＳ３１において、ばらつき度合い算出部２７は、リア空燃比センサ１１の応答時間が長いか否かを判定する。例えば、ばらつき度合い算出部２７は、リア空燃比センサ１１の応答時間が応答時間判定用しきい値以上であるか否かを判定する。ここで、応答時間判定用しきい値は、実験的、経験的、又は理論的に予め設定された値である。また、ばらつき度合い算出部２７は、リア空燃比センサ１１の応答時間として、例えば、前記ステップＳ７で記憶部２８に記憶されたリア空燃比センサ１１の応答時間の平均値を用いる。
【００７１】
そして、ばらつき度合い算出部２７は、リア空燃比センサ１１の応答時間が長いと判定すると、リア空燃比センサ１１が異常であると判断して（図８参照）、前記ステップＳ１２に進む。これにより、第２劣化判定部２３は、第１触媒１０が劣化していると決定する。また、ばらつき度合い算出部２７は、リア空燃比センサ１１の応答時間が短いと判定すると、前記ステップＳ１０に進む。
【００７２】
これによって、エンジン制御装置２０は、図５に示す領域Ｂの結果を、リア空燃比センサ１１が異常であり（異常である可能性が高く）第１触媒１０が劣化しているものとして決定できる（前記ステップＳ３１、前記ステップＳ１２）。また、エンジン制御装置２０は、図５に示す領域Ａの結果を、リア空燃比センサ１１が正常であるが（異常である可能性が低いが）第１触媒１０が劣化していると決定できる（前記ステップＳ３１、前記ステップＳ１０乃至前記ステップＳ１２）。
また、本実施形態では、リア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いだけで第１触媒１０の劣化判定を行うこともできる。
【００７３】
図１１は、その処理例を示すフローチャートである。
図１１に示すように、先ず、ステップＳ５１では、前記ステップＳ４と同様に、センサ応答時間計測部２４は、リア空燃比センサ１１の応答時間を算出するための実行条件が成立したか否かを判定する。そして、センサ応答時間計測部２４は、実行条件が成立したときに、前記ステップＳ５２に進む。
ステップＳ５２では、前記ステップＳ５と同様に、センサ応答時間計測部２４は、燃料カットを実行して、リア空燃比センサ１１の応答時間を計測する。
【００７４】
ステップＳ５２では、前記ステップＳ６と同様に、吸入空気量算出部２５は、リア空燃比センサ１１の応答時間内の平均吸入空気量を算出する。
次に、ステップＳ５４では、前記ステップＳ７と同様に、センサ応答時間計測部２４は、前記ステップＳ５２で計測した応答時間と前記ステップＳ５３で算出した平均吸入空気量とを対応付けて記憶部２８に記憶する。
【００７５】
次に、ステップＳ５５では、前記ステップＳ８と同様に、センサ応答時間計測部２４は、応答時間の記憶数を計数するカウント値ＣＮＴ［ｉ］を前記（２）式を用いて算出する。
次に、ステップＳ５６では、前記ステップＳ９と同様に、センサ応答時間計測部２４は、前記ステップＳ８で算出したカウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ以上であるか否かを判定する。センサ応答時間計測部２４は、カウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ以上であると判定すると（ＣＮＴ［ｉ］≧ＣＮＴｔｈ）、ステップＳ５７に進む。また、センサ応答時間計測部２４は、カウント値ＣＮＴ［ｉ］がカウント値判定用しきい値ＣＮＴｔｈ未満であると判定すると（ＣＮＴ［ｉ］＜ＣＮＴｔｈ）、前記ステップＳ５１から再び処理を行う。
【００７６】
ステップＳ５７では、前記ステップＳ１０と同様に、ばらつき度合い算出部２７は、前記ステップＳ５４で記憶部２８に記憶されたリア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いを算出する。
【００７７】
次に、ステップＳ５８では、前記ステップＳ１１と同様に、第２劣化判定部２３は、前記ステップＳ１０で算出した応答時間のばらつき度合いが小さいか否かを判定する。第２劣化判定部２３は、応答時間のばらつき度合いが小さいと判定すると、ステップＳ５９に進む。また、第２劣化判定部２３は、応答時間のばらつき度合いが大きいと判定すると、当該図１１に示す処理を終了する。
【００７８】
ステップＳ５９では、第２劣化判定部２３は、第１触媒１０が劣化していると決定する。そして、第２劣化判定部２３は、当該図１１に示す処理を終了する。
このように、本実施形態では、リア空燃比センサ１１の応答時間のばらつき度合いだけで第１触媒１０の劣化判定を行うこともできる。
【００７９】
また、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項１により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００８０】
２  エンジン、６  エアフロセンサ、９  フロント空燃比センサ、１０  第１触媒、１１  リア空燃比センサ、２０  エンジン制御装置、２１  触媒劣化診断値算出部、２２  第１劣化判定部、２３  第２劣化判定部、２４  センサ応答時間計測部、２５  吸入空気量算出部、２６  記憶処理部、２７  ばらつき度合い算出部、２８  記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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